РОБОТОТЕХНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день теме - проблеме применения роботов в атомной отрасли, в частности на модуле фабрикации и рефабрикации плотного смешанного уран-плутониевого топлива (МФР) опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) АО «СХК». Автор объясняет это опасностью или невозможностью прямого участия человека в некоторых операциях, связанных с воздействием высоких дозовых нагрузок и токсичностью на организм. Поэтому автор говорит о необходимости применения технологий опосредованного управления рядом процессов или их автоматизации, частичной либо полной. Особое внимание в статье уделено тому, что роботов внедряют не в готовые технологические линии, а сразу, на этапе проектирования, создают роботизированное производство топлива. Автор прогнозирует, что одним из преимуществ применения роботов будет поддержание качества продукции на более стабильном уровне. В статье раскрывается то, что на МФР роботы-манипуляторы, автоматизированные управляемые (АУТ) и передаточные тележки будут применяться в основном технологическом процессе на операциях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС), при обращении с радиоактивными отходами (РАО) и на линиях автоматизированных транспортных систем. Растущая потребность в решении задач вывода из эксплуатации объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) требует новых подходов в их реализации, в том числе для минимизации работы человека непосредственно в условиях повышенного радиационного фона. В качестве таких подходов предполагается использование современных робототехнических технологий, позволяющих высокоэффективно решить задачи всех этапов вывода из эксплуатации объектов использования атомной энергии, тем самым достигая комплексного подхода в их решении и формировании задела на будущее. Внедрение робототехнических комплексов в рамках федерального проекта имеет не только прикладное значение в сфере вывода из эксплуатации ОИАЭ с точки зрения эффективности использования ресурсов, оптимизации затрат и скорости выполнения проектных работ, но и создает условия для реализации стратегически важных для России задач в социальной и экономической сферах.

В первой части статьи[1] обсуждалась система оценки эмоций оператора с применением глубокого машинного обучения на основе мягких вычислений и проектирование когнитивной системы управления. Данная работа развивает подход когнитивного интеллектуального управления, описывая стратегию проектирования интеллектуальных систем когнитивного управления на основе квантовых и мягких вычислений. Продемонстрирован синергетический эффект квантовой самоорганизации базы знаний, извлеченный из не робастных баз знаний интеллектуального нечеткого регулятора. Применяется информационно-термодинамический закон квантовой самоорганизации оптимального распределения базисных качеств управления (устойчивость, управляемость и робастность) и закон квантовой информационной термодинамики о возможности извлечения дополнительной полезной работы на основе извлеченной квантовой информации, скрытой в классических состояниях. Сформированная (без нарушения второго закона квантовой термодинамики) на основе извлеченного количества скрытой квантовой информации «термодинамическая» сила управления позволяет роботу (как объекту управления) совершить количественно большую полезную работу по сравнению с количеством затраченной (на извлечение квантовой скрытой информации) работу. Гарантированное достижение цели управления роботом осуществляется на основе спроектированной интеллектуальной когнитивной системы управления с применением инструментария квантового оптимизатора баз знаний QCOptKBTM, в структуру которого включен квантовый нечеткий вывод - КНВ. Квантовый алгоритм самоорганизации не робастных баз знаний КНВ структурно опирается на синергетические эффекты от скрытой квантовой информации для осуществления реализации оптимального распределения качеств управления. Данная технология позволяет повысить надежность интеллектуальных когнитивных систем управления в ситуациях управления в условиях опасности, описанных с помощью когнитивного нейроинтерфейса и различных типов взаимодействия с роботами. Примеры продемонстрировали эффективность введения схемы КНВ в качестве готового программируемого алгоритмического решения для встраиваемых интеллектуальных систем управления. Показана возможность применения нейроинтерфейса на базе когнитивного шлема с квантовым нечетким регулятором для управления транспортным средством.

В статье рассматриваются методы, обеспечивающие согласованную работу двух необитаемых подводных аппаратов, один из которых - основной оборудован многозвенным манипулятором и системой технического зрения, а второй - вспомогательный - только системой технического зрения. Эти методы обеспечивают совместную работу двух необитаемых подводных аппаратов как в режиме полуавтоматического позиционного телеуправления манипулятором, так и в режиме автоматического выполнения ими операций с различными объектами. При этом в обоих режимах рассматривается работа в ситуациях, когда видеокамера основного подводного аппарата не позволяет наблюдать объект работ, который тем не менее находится в рабочей зоне манипулятора. В этом случае для наблюдения за объектом используется вспомогательный осмотровый подводный аппарат со своей системой технического зрения. В режиме полуавтоматического телеуправления манипулятором автоматически учитывается текущая пространственная ориентация оптической оси системы технического зрения осмотрового подводного аппарата, а также пространственные ориентации обоих подводных аппаратов по углам рыскания в абсолютной системе координат. А в автоматическом режиме дополнительно обеспечивается точная передача пространственного расположения и ориентации объекта, которые определяются с помощью системы технического зрения осмотрового подводного аппарата, в связанную систему координат основного подводного аппарата. При этом удается определить и устранить погрешности, возникающие при работе системы технического зрения и навигационных систем обоих подводных аппаратов. Результаты экспериментальных исследований подтвердили работоспособность предложенных методов, техническая реализация которых не вызывает принципиальных затруднений.

В работе представлены результаты численного эксперимента, который демонстрирует эффективность алгоритма управления, поддерживающего достаточно высокое числовое значение функции манипулятивности робота , обеспечивающее «удалённость» от сингулярной конфигурации. Рассмотрена задача о сближении рабочего органа космического манипулятора Канадарм2, имеющего семь степеней свободы (одна избыточная обобщённая координата), с объектом, движущимся по известной траектории. К шести параметрам, определяющим положение и ориентацию схвата в абсолютном пространстве, добавлена «кинематическая» функция , зависящая от относительных углов поворота звеньев. Уравнения кинематики при этом становятся замкнутыми относительно углов поворота. В закон управления включается условие поддержания некоторого числового значения , превышающего предельно допустимое значение. Построены с помощью системы компьютерной алгебры Mathematica иллюстрации в виде трёхмерной анимации, полученной на основе численного интегрирования уравнений управляемого движения манипулятора и объекта.

В современном мире наблюдается тенденция к внедрению мехатроники во все большее количество областей науки и техники с целью решения комплексных задач по управлению функциональными движениями. Одной из таких задач является задача формирования поверхностей сложной формы. Данная задача актуальна во многих областях человеческой деятельности таких как: промышленность, искусство, разработка человеко-машинных интерфейсов. Однако, среди существующих решений нет таких, которые смогли бы обеспечить возможность формирования сложных поверхностей под воздействием нагрузки, при этом обеспечивая компактные масса-габаритные характеристики. Целью данной статьи является разработка концепции мехатронного устройства для задач построения поверхностей сложной формы с высокой точностью, возможностью осуществления позиционирования под большой осевой нагрузкой и измерения осевых сил, оказываемых объектами манипулирования. В статье производится выбор начальных параметров проектирования на основании анализа схожих по функционалу устройств. Далее проводится выбор компонентов, разработка компоновки функциональных компонентов, управляющей электроники, конструкции и реализации 3D-модели итогового устройства. Также описывается метод управления группой из полученных мехатронных устройств путем использования единой шины данных со специализированным протоколом.